一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，通過在第一晶圓的預(yù)形成互連孔的區(qū)域中的低K材料層的兩側(cè)設(shè)置金屬線作為后續(xù)DV或TE刻蝕過程中低K材料的保護(hù)層，從而實(shí)現(xiàn)了在DV或TE刻蝕過程中對(duì)低K材料的保護(hù)，以消除堆疊工藝中對(duì)低K材料損壞，并為堆疊工藝中三步往兩步工藝簡(jiǎn)化提供了有力的技術(shù)支持。
【專利說明】
一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子設(shè)備及存儲(chǔ)器朝著小型化和薄型化發(fā)展，對(duì)芯片的體積和厚度也有了更高的要求。晶圓的三維集成是在保持現(xiàn)有技術(shù)節(jié)點(diǎn)的同時(shí)提高芯片性能的解決方案，這種技術(shù)將兩個(gè)或者多個(gè)功能相同或者不同的芯片通過鍵合集成在一起，這種集成在保持芯片體積的同時(shí)提高了芯片的性能；同時(shí)縮短了功能芯片之間的金屬互連，使得發(fā)熱、功耗、延遲大幅度減少;并大幅度提高了功能模塊之間的帶寬，從而在保持現(xiàn)有技術(shù)節(jié)點(diǎn)的同時(shí)提尚了芯片的性能。
[0003]堆疊(Stacking)技術(shù)在當(dāng)前晶圓的三維集成工藝中已占據(jù)重要地位，在堆疊技術(shù)中，通過兩步(娃刻蝕(Silicon Etch，簡(jiǎn)稱SE)+深孔刻蝕(Deep Via，簡(jiǎn)稱DV)或者溝槽刻蝕(Trench Etch，簡(jiǎn)稱TE)連結(jié)兩個(gè)晶圓的工藝是目前業(yè)界研究較多的工藝，它較之前SE+DV+TE三步的工藝節(jié)省了大量成本和實(shí)現(xiàn)了工藝優(yōu)化。
[0004]但是兩步工藝的堆疊連接制程在第二步DV或者TE工藝中對(duì)晶圓low K(低K)材質(zhì)會(huì)造成了很多損壞，從而導(dǎo)致器件(device)性能上出現(xiàn)問題，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不愿意見到的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟:
[0006]步驟SI，提供一包括第一襯底和位于所述第一襯底之上的第一介質(zhì)層的第一晶圓，所述第一介質(zhì)層中設(shè)置有低K材料層和位于所述低K材料層之上的第一金屬層，所述第一晶圓中設(shè)置有預(yù)形成互連孔的區(qū)域，且在位于所述預(yù)形成互連孔的區(qū)域中的所述低K材料層的兩側(cè)設(shè)置有金屬線；
[0007]步驟S2，提供一包括第二襯底和位于所述第二襯底之上的第二介質(zhì)層的第二晶圓，所述第二介質(zhì)層中設(shè)置有第二金屬層；
[0008]步驟S3，鍵合所述第一晶圓和所述第二晶圓以形成鍵合晶圓，且所述第一晶圓位于所述第二晶圓之上；
[0009]步驟S4，刻蝕所述鍵合晶圓，以形成將所述第一金屬層和所述第二金屬層均予以暴露的互連孔，其中，在刻蝕位于所述預(yù)形成互連孔的區(qū)域的所述低K材料層的過程中，所述金屬線保護(hù)位于所述預(yù)形成互連孔的區(qū)域之外的所述低K材料層；
[0010]步驟S5，對(duì)所述互連孔進(jìn)行填充，以形成將所述第一金屬層和所述第二金屬層電連接的互連線。
[0011]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述第一金屬層在位于所述第一晶圓的預(yù)形成互連孔的區(qū)域處斷開。
[0012]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述鍵合晶圓中，所述第一金屬層的斷開部分在垂直方向上的投影與所述第二金屬層部分重合。
[0013]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述金屬線的材質(zhì)為銅。
[0014]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述第一襯底和所述第二襯底均為硅襯底。
[0015]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟S4中，所述刻蝕所述鍵合晶圓的步驟為先硅刻蝕再進(jìn)行通孔刻蝕的工藝。
[0016]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟S4中，所述刻蝕所述鍵合晶圓的步驟為先硅刻蝕再進(jìn)行溝槽刻蝕的工藝。
[0017]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟S4中，在刻蝕所述鍵合晶圓形成所述互連孔的工藝步驟之前，還包括對(duì)所述第一襯底進(jìn)行減薄的步驟。
[0018]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述互連線的材質(zhì)為金屬。
[0019]上述發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果:
[0020]本發(fā)明公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，通過在第一晶圓的預(yù)形成互連孔的區(qū)域中的低K材料層的兩側(cè)設(shè)置金屬線作為后續(xù)DV或TE刻蝕過程中低K材料的保護(hù)層，從而實(shí)現(xiàn)了在DV或TE刻蝕過程中對(duì)低K材料的保護(hù)，以消除堆疊工藝中對(duì)低K材料損壞，并為堆疊工藝中三步往兩步工藝簡(jiǎn)化提供了有力的技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0021]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0022]圖1?5是本發(fā)明實(shí)施例中鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0025]如圖6所示，本實(shí)施例公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0026]步驟一，提供一包括第一襯底21和位于第一襯底21之上的第一介質(zhì)層22的第一晶圓，該第一介質(zhì)層22中設(shè)置有低K材料層24(實(shí)際上該低K材料層24與內(nèi)部金屬層25如圖中所示間隔設(shè)置，由于該內(nèi)部金屬層25并非本發(fā)明改進(jìn)的重點(diǎn)，在此便不予以贅述)和位于低K材料層24之上的第一金屬層23，第一晶圓中設(shè)置有預(yù)形成互連孔的區(qū)域(即后續(xù)預(yù)進(jìn)行DV或TE工藝以形成深孔或溝槽的區(qū)域)，且在位于預(yù)形成互連孔的區(qū)域中的低K材料層24的兩側(cè)設(shè)置有金屬線26(該金屬線26可為保留的銅線)，優(yōu)選的，該第一襯底21為硅襯底，如圖1所示的結(jié)構(gòu)。
[0027]在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，金屬線26的設(shè)置需滿足以下幾點(diǎn):1、金屬線26對(duì)稱于后續(xù)預(yù)形成深孔的區(qū)域讓深孔自對(duì)準(zhǔn)于第二晶圓的TM(第二金屬層13)上;2、對(duì)稱的金屬線26之間的間距要大于或等于后續(xù)預(yù)形成深孔的尺寸(寬度)；3、對(duì)稱的金屬線26之間的間距要小于或等于后續(xù)預(yù)形成溝槽的尺寸(寬度)；4、每層對(duì)稱的金屬線26之間的間距要接近，不能出現(xiàn)縫隙使得低K材質(zhì)露出來。
[0028]在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述第一金屬層23在位于第一晶圓的預(yù)形成互連孔的區(qū)域處斷開，具體的，如圖1所示，該第一金屬層23包括兩個(gè)金屬層231、232，這兩個(gè)金屬層231和232之間通過第一介質(zhì)層22進(jìn)行隔離，且兩個(gè)金屬層231和232之間的區(qū)域剛好為部分第一晶圓的預(yù)形成互連孔的區(qū)域，因此在后續(xù)形成互連孔的過程中，該互連孔剛好位于兩個(gè)金屬層231和232之間，且兩個(gè)金屬層231和232之間的距離剛好等于互連孔的寬度。
[0029]步驟二，提供一包括第二襯底11和位于第二襯底11之上的第二介質(zhì)層12的第二晶圓，第二介質(zhì)層12中設(shè)置有第二金屬層13，且該第二金屬層13位于第二晶圓的預(yù)形成互連孔的區(qū)域的正下方;優(yōu)選的，該第二襯底11為硅襯底，如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
[0030]步驟三，鍵合第一晶圓和第二晶圓以形成鍵合晶圓，且第一晶圓位于第二晶圓之上，由于將兩個(gè)晶圓鍵合在一起的工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此便不予以贅述;在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該鍵合晶圓中，第一金屬層23的斷開部分在垂直方向上的投影與部分第二金屬層13重合。
[0031]步驟四，對(duì)第一襯底21進(jìn)行減薄工藝后，繼續(xù)刻蝕鍵合晶圓，以形成將第一金屬層23和第二金屬層13均予以暴露的互連孔(其中，第一金屬層23的部分側(cè)壁暴露，第二金屬層13的部分上表面暴露)，其中，在刻蝕位于預(yù)形成互連孔的區(qū)域的低K材料層24的過程中，金屬線26保護(hù)第一晶圓中位于預(yù)形成互連孔的區(qū)域之外的低K材料層24，以避免第一晶圓中位于預(yù)形成互連孔的區(qū)域之外的低K材料層24損壞。
[0032]在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述步驟S4中，刻蝕鍵合晶圓的步驟為先硅刻蝕再進(jìn)行通孔刻蝕的工藝。
[0033]在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述步驟S4中，刻蝕鍵合晶圓的步驟為先硅刻蝕再進(jìn)行溝槽刻蝕的工藝。
[0034]步驟五，對(duì)互連孔進(jìn)行填充，以形成將第一金屬層23和第二金屬層13電連接的互連線3。
[0035]在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述互連線3填充的材質(zhì)為金屬。
[0036]綜上，本發(fā)明公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，通過在第一晶圓的預(yù)形成互連孔的區(qū)域中的低K材料層的兩側(cè)設(shè)置金屬線作為后續(xù)DV或TE刻蝕過程中低K材料的保護(hù)層，從而實(shí)現(xiàn)了在DV或TE刻蝕過程中對(duì)低K材料的保護(hù)，以消除堆疊工藝中對(duì)低K材料損壞，并為堆疊工藝中三步往兩步工藝簡(jiǎn)化提供了有力的技術(shù)支持。
[0037]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0038]以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施;任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟Si，提供一包括第一襯底和位于所述第一襯底之上的第一介質(zhì)層的第一晶圓，所述第一介質(zhì)層中設(shè)置有低K材料層和位于所述低K材料層之上的第一金屬層，所述第一晶圓中設(shè)置有預(yù)形成互連孔的區(qū)域，且在位于所述預(yù)形成互連孔的區(qū)域中的所述低K材料層的兩側(cè)設(shè)置有金屬線； 步驟S2，提供一包括第二襯底和位于所述第二襯底之上的第二介質(zhì)層的第二晶圓，所述第二介質(zhì)層中設(shè)置有第二金屬層； 步驟S3，鍵合所述第一晶圓與所述第二晶圓以形成鍵合晶圓，且所述第一晶圓位于所述第二晶圓之上； 步驟S4，刻蝕所述鍵合晶圓，以形成將所述第一金屬層和所述第二金屬層均予以暴露的互連孔，其中，在刻蝕位于所述預(yù)形成互連孔的區(qū)域的所述低K材料層的過程中，所述金屬線保護(hù)位于所述預(yù)形成互連孔的區(qū)域之外的所述低K材料層； 步驟S5，對(duì)所述互連孔進(jìn)行填充，以形成將所述第一金屬層和所述第二金屬層電連接的互連線。2.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第一金屬層在位于所述第一晶圓的預(yù)形成互連孔的區(qū)域處斷開。3.如權(quán)利要求2所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述鍵合晶圓中，所述第一金屬層的斷開部分在垂直方向上的投影與所述第二金屬層部分重合。4.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述金屬線的材質(zhì)為銅。5.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第一襯底和所述第二襯底均為硅襯底。6.如權(quán)利要求5所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述刻蝕所述鍵合晶圓的步驟為先硅刻蝕再進(jìn)行通孔刻蝕的工藝。7.如權(quán)利要求5所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述刻蝕所述鍵合晶圓的步驟為先硅刻蝕再進(jìn)行溝槽刻蝕的工藝。8.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，在刻蝕所述鍵合晶圓形成所述互連孔的工藝步驟之前，還包括對(duì)所述第一襯底進(jìn)行減薄的步驟。9.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述互連線的材質(zhì)為金屬O
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK105826214SQ201610371516
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】胡思平, 朱繼鋒
【申請(qǐng)人】武漢新芯集成電路制造有限公司